על חקלאות אורגנית אינטנסיבית וזיהום מי תהום

שיטת הגידול האורגנית, המסתמכת על דשן מוצק כגון קומפוסט המיושם ישירות בקרקע בתחילת הגידול, מעלה מהותית את שטף החנקה לעומק התווך הלא רווי ומגדילה את פוטנציאל הזיהום של מי התהום

פיתוח חקלאות תוך שמירה על איכות מי תהום נחשב לאתגר מהותי בהגנה על מקורות מים טבעיים. מן הפן האחד הגדלת התשומות החקלאיות, כדוגמת מים ודשן, מובילה באופן ישיר להגדלת התפוקה החקלאית, ומן הפן האחר שמירה על איכות הקרקע מצריכה ניקוז קבוע של בית השורשים ודחיקת מים שאיכותם ירודה לתווך הלא רווי ומי התהום (Shani et al., 2007; Dudley et al., 2008). משמעות הדבר הרעה מתמשכת באיכות מי התהום (Vitousek et al., 2009; Burow et al., 2010; Kurtzman et al., 2011; Melo et al., 2012; Morari et al., 2012).
בשנים האחרונות התפתחו ענפי חקלאות המבוססים על שיטות גידול אורגניות (http//www.organiccenterewales.org.uk/). אף על פי שיעילותה של חקלאות אורגנית הוטלה בספק במספר
עבודות (Seufert et al., 2012; Trewavas, 2001; Jensen et al., 2012),
היא נתפסת בעיני הציבור כידידותית לסביבה וכפחות מזהמת ביחס לחקלאות קונבנציונלית. חקלאות אורגנית וקונבנציונלית אינטנסיבית, כמו זו המתקיימת בבתי צמיחה לירקות, דומות מאוד זו לזו מבחינת שיטת ההשקיה והעיבוד, ונבדלות ביניהן בעיקר בשיטת הדישון וההדברה. בעוד שבחקלאות אורגנית עיקר הדישון מתבסס על חומר אורגני כקומפוסט המיושם בקרקע לפני השתילה, בחקלאות קונבנציונלית עיקר הדישון מתבסס על שימוש בדשנים תעשייתיים מסיסים המיושמים באמצעות מערכת ההשקיה.
שמירה על האיזון העדין שבין פיתוח חקלאי לשמירה על איכות מי התהום מצריך גישור על פני סקלות הזמן בהן נמדדים הפרמטרים. בעוד שהצלחתה של שיטת גידול נמדדת על פני סקלת זמן של עונות ושנים ספורות, הרי ששינוי באיכות מי אקוויפר הינו תהליך ארוך טווח הנמדד בסקלת זמן של עשרות שנים. פער זמנים זה נובע בעיקר ממשך הזמן הדרוש למים ולמזהמים לחצות את התווך הלא רווי ולהצטבר באקוויפר.
ההשפעה האפשרית של חקלאות אינטנסיבית אורגנית וקונבנציונלית בבתי צמיחה על מי התהום נבחנה בפרויקט מחקר שהתקיים בבתי צמיחה חדשים שהוקמו בדרום מישור החוף. באזור הוקמו בשנים 2008-2010 כ-1000 דונם של חממות אורגניות וקונבנציונליות על קרקעות שלא שימשו בעבר לחקלאות אינטנסיבית. במסגרת המחקר נבחרו שתי חממות (בתי צמיחה), אורגנית וקונבנציונלית, האופייניות לאזור. מתחת לכל חממה הותקנה מערכת ניטור לתווך לא רווי (VMS) המאפשרת מעקב רציף אחר האבולוציה הכימית של המים המחלחלים בתווך הלא רווי בין פני שטח ועד לפני מי התהום (איור 1) (Dahan et al., 2009; Rimon et al 2010; Dahan et al 2014). התקנת מערכות הדיגום בקידוחים אלכסוניים מציבה כל יחידת דיגום בנקודה המרוחקת אנכית ואופקית מקודמתה. לכן, כל נקודת דיגום משויכת לפרופיל קרקע בלתי מופר הנמשך מנקודת הדיגום בתת הקרקע ועד לפני השטח.
תנאי הגידול, הן בחממה האורגנית והן בחממה הקונבנציונלית שנבחרו למחקר, דומים מאוד זה לזה. שני בתי הצמיחה הוקמו באותה תקופה, על גבי תשתית קרקע דומה. בשניהם גידלו בתקופת המחקר עגבניות שרי לאורך עונת גידול דומה (190 ו-183 ימים), והשתמשו בכמויות מים דומות מאוד (344 ו-357 מ"ק לדונם לעונה). יתרה מזאת, כמות החנקן שיושמה כדשן מתקופת הקמת החממות ועד לסיום תקופת המחקר (כארבע שנים) גם כן מאוד דומה: 380 ו-370 ק"ג חנקן-דשן לדונם בחממה האורגנית והקונבנציונלית, בהתאמה.

יחד עם זאת, מקור 98% מהחנקן שיושם בחממה האורגנית הוא בקומפוסט ובגואנו, לעומת רק 45% מקור אורגני בחממה הקונבנציונלית.
בתקופת המחקר נאספו דוגמאות מים מהתווך הלא רווי ומי התהום כל 3 עד 6 שבועות, לאורך פרק זמן של 18 חודשים. מהממצאים עולה כי ריכוז החנקה בדוגמאות המים שנאספו מהתווך הלא רווי מתחת לחממה האורגנית גדול מאוד ביחס לזה שנמדד מתחת לחממה הקונבנציונלית (איור 2). מתחת לאזור בית השורשים (>1 מ׳) בחממה האורגנית עמד הריכוז הממוצע של חנקה על 357 מג"ל, עם ריכוז שיא ממוצע של 724 מג"ל בעומק של 2.5 מ׳. לעומת, זאת ריכוז ממוצע של חנקה מתחת לחממה הקונבנציונלית עמד על 37.5 מג"ל בלבד. בחינת ריכוז החנקה בחלק העליון של הקרקע ובית השורשים (<1 מ׳) מראה היפוך מגמות. ריכוז החנקה בבית השורשים מתחת לחממה הקונבנציונלית מראה תנודתיות גבוהה מאוד, עם ריכוז ממוצע של 270 מג"ל היורד במהירות לערכים נמוכים מתחת לאזור בית השורשים. לעומת זאת, ריכוז החנקה הממוצע בבית השורשים מתחת לחממה האורגנית נמוך יותר ועומד על 109 מג"ל והוא עולה בצורה תלולה עם העומק בתווך הלא רווי.

תבנית ריכוזי החנקות שנמצאה מתחת לחממה הקונבנציונלית עדיפה הן מבחינה חקלאית והן מבחינה סביבתית על תבנית הריכוזים שנמצאה מתחת לחממה האורגנית

תבנית הריכוזים שנמצאה מתחת לחממה הקונבנציונלית עדיפה הן מבחינה חקלאית והן מבחינה סביבתית, ריכוז חנקה גבוה בבית השורשים המעלה את זמינות החנקן לצריכה ע"י השורשים, וריכוז נמוך בעומק התווך הלא רוי המקטין את פוטנציאל הזיהום של מי התהום. לעומת זאת, בחממה האורגנית ניכר מחסור בחנקה בבית השורשים ועלייה ניכרת מתחת לבית השורשים בתווך הלא רווי, המעלה את פוטנציאל הזיהום של מי התהום.
אף על פי שקיים דמיון רב בממשק החקלאי שהתקיים בשתי החממות (סוג הגידול, ממשק השקיה וכמות חנקן-דשן שיושמה), הרי שתבנית הריכוזים השונה מעלה תהיות לגבי מקור החנקה שנמצא בתווך הלא רווי. אנליזה איזוטופית של δ15N ו-δ18O בחנקה מדוגמאות מים שנאספו מהתווך הלא רווי מראה, כי פרופיל היחס האיזוטופי בחלקו העליון של החתך
(> 5 מ׳) בשתי החממות שונה מהותית זה מזה (איור 3). בעוד שהיחס האיזוטופי בחמשת המטרים העליונים של החתך מתחת לחממה האורגנית אופייני לחנקה שמקורה בקומפוסט זבל בעלי חיים, היחס האיזוטופי בחמשת המטרים העליונים של החתך בחממה הקונבנציונלית מעיד על מקורות תעשייתיים וטבעיים (Kendall and McDonnell, 1999). החותם האיזוטופי המתקבל משני בתי הצמיחה מראה, כי עומק ההשפעה של הפעילות החקלאית בשני בתי הצמיחה במשך ארבע שנות גידול מגיע לעומק של כחמישה מטרים. כלומר, שטף המים בתווך הלא רווי מתחת לשתי החממות דומה. יחד עם זאת, הריכוזים מתחת לחממה האורגנית גבוהים מהותית מאלה שהתקבלו מתחת לחממה הקונבנציונלית.

על מנת לאשש את הממצאים שהתקבלו מדוגמאות המים שנאספו באמצעות מערכת הניטור, הורחב הסקר וכלל בחינה של ריכוז החנקה בדוגמאות קרקע שנאספו משלושת המטרים העליונים של החתך בשלושה מקומות נוספים בכל בית צמיחה, ובארבעה בתי צמיחה נוספים אחרים באותו אזור. בסה"כ נבחנו בסקר שלוש חממות אורגניות ושלוש קונבנציונליות השייכות כל אחת למגדל אחר. הממצאים מסקר זה הראו תמונה דומה מאוד לזו שהתקבלה ממערכת הניטור. דהיינו בחממות הקונבנציונליות מתקבלת ירידה מהותית בריכוז החנקה מבית השורשים אל התווך הלא רווי לעומת עלייה מהותית בריכוזי החנקה מבית השורשים אל התווך הלא רווי מתחת לחמות האורגניות, למעט חריגה אחת. מתחת לאחת החממות האורגניות נמצאו ריכוזי חנקה מאוד נמוכים. מבדיקה של ממשק הגידול נמצא, כי מגדל אורגני זה מבצע דישון באמצעות מיצוי של דשן אורגני (גואנו) ויישום תמיסת המיצוי באמצעות מערכת הטפטוף (הדשיה) כפי שמקובל בחקלאות קונבנציונלית.
בהתאם לכך, חולקו כעת החממות לשתי קטגוריות אחרות המסתמכות על שיטת הדישון במקום שיטת הגידול. כלומר במקום הגדרה קטגורית של ממשק אורגני מול קונבנציונלי, הוגדרו החממות ככאלה הנסמכות על דישון מוצק (זבל) המיושם ישירות בקרקע לעומת דישון נוזלי המיושם באמצעות מערכות הטפטוף לאורך עונת הגידול. בחינת ריכוז החנקה בתווך הלא רווי בקטגוריות אלה מראה בצורה מובהקת כי הסתמכות על דשן מוצק כקומפוסט המיושם ישירות בקרקע, מעלה מהותית את שטף החנקה לעומק התווך הלא רווי ומגדיל את פוטנציאל הזיהום של מי התהום (איור 4).
הסיבה לכך שסכנת זיהום מחקלאות אורגנית אינטנסיבית גדולה מזו של חקלאות קונבנציונלית, נובעת מהעובדה שבחקלאות אורגנית עיקר חומרי הדשן מיושמים לפני השתילה בקרקע כחומר אורגני מוצק, כדוגמת זבל בעלי חיים המיוצב כקומפוסט. בשלב זה, שורשי הצמח הצעיר אינם מפותחים דיים לקליטה של כל מנת המים וחלק ניכר מחומרי הדשן משתחררים לקרקע ומחלחלים מתחת לבית השורשים אל עומק התווך הלא רווי. בעומק זה המים והדשן אינם זמינים לצריכה על ידי הצמח. לעומת זאת, בגידול בשיטות ממשק קונבנציונליות הדשן מסופק בדרך כלל עם מי ההשקיה במינון התואם את צורכי הצמח, דבר המקטין מהותית את שטיפת החנקה לעומק התווך הלא רווי. יש לציין שבעשורים האחרונים עלייה בריכוז החנקה במי האקוויפר מהווה את הגורם הראשון במעלה לזיהום מי תהום וסגירה של בארות המספקות מי שתייה.
מלבד המסקנה באשר לפוטנציאל הזיהום של חקלאות הנסמכת על שימוש אינטנסיבי בקומפוסט כמקור עיקרי לדשן, הרי שמחקר זה מראה כי ניתן לעקוב אחר התפתחות תהליכי זיהום בתווך הלא רווי שנים רבות בטרם הפכו לעובדה כאובה וקשה לטיפול במי האקוויפר.
המחקר מומן על ידי רשות המים ובוצע בבתי צמיחה מסחריים בדרום מישור החוף תוך שיתוף פעולה הדוק ופורה עם חקלאים מהאזור. תוצאות המחקר פורסמו בהרחבה בכתב העת Hydrology and Earth System Sciences.

 רשימת ספרות

Burow, K. R., Nolan, B. T., Rupert, M. G., and Dubrovsky, N. M.: Nitrate in groundwater of the United States, 1991–2003, Environ. Sci. Technol., 44, 4988–4997, 2010.
Dahan, O., Talby, R., Yechieli, Y., Adar, E., Lazarovitch, N., and Enzel, Y.: In situ monitoring of water percolation and solute transport using a vadose zone monitoring system, Vadose Zone J., 8, 916–925, 2009.
Dudley, L. M., Ben-Gal, A., and Lazarovitch, N.: Drainage water reuse: biological, physical, and technological considerations for system management, J. Environ. Qual., 37, 25–35, 2008.
Jensen, M. M., Jorgensen, H., Halekoh, U.,Watzl, B., Thorup-Kristensen, K., and Lauridsen, C.: Health biomarkers in a rat model after intake of organically grown carrots, J. Sci. Food Agr., 92, 2936–2943, 2012.
Kendall, C. and McDonnell, J. J.: Isotope Tracers in Catchment Hydrology, Elsevier, 1999.
Kurtzman, D. and Scanlon, B. R.: Groundwater recharge through vertisols: irrigated cropland vs. natural land, Israel, Vadose Zone J., 10, 662–674, 2011.
Melo, A., Pinto, E., Aguiar, A., Mansilha, C., Pinho, O., and Ferreira, I.: Impact of intensive horticulture practices on groundwater content of nitrates, sodium, potassium, and pesticides, Environ. Monit. Assess., 184, 4539–4551, 2012.
Morari, F., Lugato, E., Polese, R., Berti, A., and Giardini, L.: Nitrate concentrations in groundwater under contrasting agricultural management practices in the low plains of Italy, Agr. Ecosys. Environ., 147, 47–56, 2012.
Organic Centre Wales: http://www.organiccentrewales.org.uk/, last accessed December 1, 2013.
Rimon, Y., Nativ, R., and Dahan, O.: Physical and chemical evidence for pore-scale dual-domain flow in the vadose zone, Vadose Zone J., 10, 322–331, 2011a.
Seufert, V., Ramankutty, N., and Foley, J. A.: Comparing the yields of organic and conventional agriculture, Nature, 485, 229–232, 2012.
Shani, U., Ben-Gal, A., Tripler, E., and Dudley, L. M.: Plant response to the soil environment: an analytical model integrating yield, water, soil type, and salinity, Water Resour. Res., 43, W08418, doi:10.1029/2006WR005313, 2007.
Trewavas, A.: Urban myths of organic farming, Nature, 410, 409–410, 2001.
Vitousek, P. M., Naylor, R., Crews, T., David, M. B., Drinkwater, L. E., Holland, E., Johnes, P. J., Katzenberger, J., Martinelli, L. A., Matson, P. A., Nziguheba, G., Ojima, D., Palm, C. A., Robertson, G. P., Sanchez, P. A., Townsend, A. R., and Zhang, F. S.: Nutrient imbalances in agricultural development, Science, 324, 1519–1520, 2009.

עפר דהן ואבשלום באב"ד, המכון לחקר המים על שם צוקרברג, המכונים לחקר המדבר על שם בלאושטיין, אוניברסיטת בן -גוריון בנגב
נפתלי לזרוביץ, המכון לחקלאות וביוטכנולוגיה של אזורים צחיחים על שם שוחרי האוניברסיטה בצרפת, המכונים לחקר המדבר על שם בלאושטיין, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב
אפי אליאני, המחלקה למדעי הגיאולוגיה והסביבה, אוניברסיטת בן-גוריון בנגב
דניאל קורצמן, המכון למדעי הקרקע, המים והסביבה, מינהל המחקר החקלאי, מרכז וולקני
הדפסה הורדה

לשאלות ופרטים נוספים

נא מלאו את פרטיכם ונציגינו ייצרו עמכם קשר בהקדם